Работаем дальше

Теория и практика

Фундамент для создания института был заложен в 1954 году, когда в Москве на базе завода №25 и образованного при нем опытно-конструкторского бюро начал работу филиал №1 КБ-11 (будущего ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ»). В задачи нового коллектива входило создание схем автоматики для атомной промышленности и серийное изготовление ряда изделий.

Сейчас в структуре ВНИИА объединены теоретические, проектные, научно-исследовательские, конструкторские, испытательные, технологические и материаловедческие подразделения, крупный вычислительный центр, оснащенный суперЭВМ, распределенные вычислительные сети, производственные цеха. Институт разрабатывает и серийно производит автоматизированные системы управления технологическими процессами для атомных, тепловых электростанций и промышленных объектов, датчики и сигнализаторы давления жидкостей и газов, портативные рентгеновские, нейтронные генераторы и аппаратуру на их основе, радиационные мониторы, аппаратуру для регистрации быстропротекающих однократных процессов, устройства дуговой защиты для объектов энергетики, аппаратуру электровзрывания, сейсмические датчики и системы регистрации землетрясений.

Взгляд сквозь «Призму»

Включившись в актуальный для нашей страны процесс импортозамещения, специалисты ВНИИА создали автоматизированную систему управления дискретным производством «Призма 2.0». Используя технологии промышленного интернета вещей, она образует на предприятии общее цифровое пространство, объединяя производственный процесс с процессами планирования и учета.

Внедрение «Призмы» на промплощадке ВНИИА увеличило срок полезной работы станков с числовым программным управлением на 27%, при этом время простоя оборудования снизилось в среднем на 428 часов в месяц — это примерно четыре дополнительных смены на каждый станок. Оборачиваемость запасов за счет перехода к системе формирования заказов по принципам бережливого производства сократилась со 149 до 109 дней.

После ФГУП «ВНИИА» «Призму» опробовали снежинское ФГУП «РФЯЦ-ВНИИТФ», озерское ФГУП «ПО «Маяк» и екатеринбургское ФГУП «УЭМЗ».

Лаборатория на чипе: один из самых ожидаемых гаджетов в медицине

Для проведения исследований в области квантовых и тонкопленочных технологий, нанофотоники и оптики, биотехнологий, разработки элементной базы на новых физических принципах ВНИИА имени Н.Л. Духова и МГТУ имени Н.Э. Баумана создали Научно-образовательный центр «Функциональные микро/наносистемы» (НОЦ «ФМНС»). Совместно с коллективом Института биохимической физики Российской академии наук его специалисты разработали метод автоматического разделения вирусов и бактерий в пробах объемом от 0,1 миллилитра с последующей преконцентрацией на микрофлюидном чипе.

Устройство с шестью интегрированными мембранными клапанами выполнено из трех слоев полидиметилсилоксана на стеклянной подложке — биосовместимого и химически нейтрального материала.

— Наш чип спроектирован по типу слоеного пирога, причем каждый слой выполняет свою задачу, — рассказал аспирант НОЦ «ФМНС» Виталий Рыжков. — Нижний предназначен для линий управления клапанами, средний состоит из тонкой эластичной мембраны — подвижного рабочего элемента клапанов, а в верхнем расположены микрофлюидные каналы с субмикронной шероховатостью для проведения операций с жидкими биологическими пробами. Для эффективного разделения патогенов мы использовали фильтрацию через поры размером не более 0,45 микрометра, что в комплексе обеспечило повторяемость и скорость сепарации.

Изобретение найдет применение в портативных устройствах диагностики и так называемых лабораториях на чипе, предназначенных для выявления широкого круга патогенных угроз (включая COVID-19, ротавирусы, энцефалит, бактериальные суперинфекции и др.). В перспективе такие приборы позволят даже в домашних условиях на ранних стадиях сверхточно определять природу заболевания (вирусную или бактериальную) для назначения правильного лечения.

— Капля крови для сложнейшего анализа за несколько минут? Невероятно, но это наше будущее, основа которого — микрофлюидные технологии. Исследования в этой области крайне сложны и проходят на стыке различных наук: от физики и бионанотехнологий до вирусологии и фармацевтики. Разработанное командой устройство автоматической сепарации и преконцентрации вирусов и бактерий станет одним из ключевых функциональных узлов будущей микролаборатории и приближает нас к появлению гаджета, который упростит жизнь многих людей. Отмечу отдельно, что решений с сопоставимой эффективностью сегодня в России и в мире нет, — подчеркнул директор НОЦ «ФМНС» Илья Родионов.

Серийный выпуск функционирующих лабораторий на чипе откроет новые возможности для индивидуального контроля параметров здоровья человека, обеспечения биологической безопасности в общественных местах и сверхточной диагностики в целом, что особенно важно в условиях распространения опасных заболеваний.

Быстрее суперкомпьютера

Совместно с учеными МГУ имени М.В. Ломоносова, МФТИ, НИТУ «МИСиС», Российского квантового центра, Физического института имени П.Н. Лебедева и еще ряда академических институтов специалисты ВНИИА имени Н.Л. Духова и НОЦ «ФМНС» участвуют в реализации проекта создания квантового компьютера. Прототип такой системы Росатом планирует представить к 2024 году.

Важным шагом к этому стало изготовление в НОЦ «ФМНС» пятикубитного квантового симулятора. Его эффективность продемонстрировали при решении физической задачи просчета поведения фотонов в модели Бозе – Хаббарда. Квантовый чип многократно ускорил получение результата, на обработку математической модели которого 138-ядерный вычислительный кластер потратил около семи суток.

— Для изготовления пятикубитного квантового симулятора нам понадобилось несколько лет активной исследовательской работы, ведь процесс его изготовления — это более ста технологических операций. Вместе с коллегами мы решили одну из множества физических задач, которые ставят перед нами квантовые технологии, а значит, работаем дальше, — заявила ведущий инженер НОЦ «ФМНС» Алина Доброносова.